解决方案

您当前的位置: 网站首页 > 解决方案

氙灯老化对聚氨酯弹性体性能影响研究

作者:标准集团 添加时间:2019-10-08 14:31
本研究通过对用于该产品的聚氨酯间性体进行氙灯加速老化,研究材料老化进程中各相关性能的变化及规律,为判定产品整体安全使用性提供依据。

试验过程
2.1原料
聚醚型聚氨酯弹性体,硬度邵A85,厚度2I砌,路博润特种化工制造有限公司。
2.2主要设备
氙灯老化试验箱,Ci3000,美国ATLAS公司;
表面光泽度仪,PⅦ0925,德国BYK公司;
数字光学显微镜,AM4113型,台湾Dino—lite公司;
电子拉力试验机,AI.7000,台湾GOTECH公司;
傅里叶红外光谱仪,Nicolet6700,美国T11enno Fisher公司。
2.3实验方法
按GB/T l 6422.2方法设定氙灯老化箱参数如下:
黑板温度:65℃士3℃;
相对湿度:(50士5)%;
喷水周期:18Illin;
两次喷水之间的无水时间:102min;
将试样放入氙灯老化试验箱内,每隔500h取5个试样进行性能测试。
2.4性能测试
表面光泽度按GB/T 8807—1988测试,测试角度选择600。表面微观形貌:使用连续变焦数字光学显微镜观察材料表面微观形貌,放大倍数为200倍。
拉伸性能按GB/T 528.2009测试,试样类型为I型,拉伸速度为500111】【Il/IIlin。红外光谱分析:ATR法,分辨率4cm~,扫描范围500~4000 cm一,累加扫描次数为32次。
 
3结果与讨论
3.1氙灯老化对材料表面光泽度的影响
图1为氙灯老化时间对材料表面光泽度影响曲线。从图中可以发现,随着氙灯照射时间的增加,材料表面光泽度由初的1.73降为0.36,材料表面光泽度呈下降趋势,刚开始时下降急剧,后下降变缓。造成该种现象的原因可分析如下:材料试样为注射成型,表面光亮,注射加工使材料表面处于微应力作用下,在氙灯照射下,材料表层的微应力被迅速破坏,导致材料表层出现大量的微观裂纹使表面不再平整,因而体现为光泽度迅速下降,而微应力并非持续外力,因此,接下来材料表面变化不大,呈现为光泽度下降趋缓。
3.2氙灯老化对材料表面形貌的影响
图2为不同氙灯老化时间下材料表面微观形貌图。从图中可以发现,氙灯老化前,材料表面光滑,无任何裂纹。氙灯老化500h后,材料表面出现一定数量的微裂纹,这些裂纹相互独立,并未出现裂纹的相互连接与交叉,将该阶段定义为裂纹的生成期。
当氙灯老化达到1000h和1500h时,裂纹的宽度和长度都增加,且裂纹之间也出现了连接与交叉,将该阶段定义为裂纹的增长期。当氙灯老化分别进行到2000h时,裂纹与氙灯老化1500小时的分布并无明显区别,将该阶段定义为裂纹的稳定期。在老化初期,材料表层的微应力被破坏,造成表层出现少量的微裂纹,这些微裂纹出现的地方变成材料表面的缺陷部位,成为材料表面的薄弱点。随着老化时间的延长,这些薄弱点周围的材料在氙灯的照射下分子链的断裂更加剧烈,造成了裂纹的进一步生长与扩展,加速了表层材料的老化。从图中可以看出,增长期裂纹的数量、宽度和长度比生成期都有明显增加。在老化后期,由于裂纹间相互交叉阻止了裂纹进一步生长,所以试样表面裂纹增长不明显。试验结束后对材料表面进行解剖,发现裂纹深度只延伸到材料的表层深约0.3mm处,用工具将老化层剥离后,老化层之下的部位并未出现裂纹,原因是氙灯的辐射强度有限,只能造成试样表层的分子链断裂,对试样较深部位的分子影响不大。
3.3氙灯老化对材料拉伸强度和扯断伸长率的影响
图3是材料拉伸强度和扯断伸长率随着氙灯老化时间变化曲线。从图3(a)中可以看出,随着氙灯老化时间的延长,材料的拉伸强度呈下降趋势。当氙灯老化2000h后,材料的拉伸强度由原先的33.4MPa下降到19.5MPa,降幅42%。从图4(b)中可以看出,扯断伸长率也随着老化时间的延长呈下降趋势,由原先的649%下降到520%,降幅20%。随着老化时间的延长,材料表面开始出现微小的裂纹,这些裂纹间相互连接交叉后使材料抵抗拉伸形变的能力降低,所以材料的拉伸强度呈下降趋势。扯断伸长率是衡量材料弹性的指标,材料弹性越好,则扯断伸长率也大;材料的弹性减小,扯断伸长率便逐渐降低。随着试验时间的延长,材料的裂纹不断发展,并且聚氨酯发生降解,导致其弹性逐渐丧失,所以扯断伸长率逐渐降低【2J。
3.4聚氨酯材料的红外谱图分析
图4是材料老化前和氙灯照射2000h后的FTIR谱图。
如老化前的谱图所示,2930cm.1为.CH3的伸缩振动吸收峰,2875cm.1和1390cm‘1分别是是.CH2.的伸缩振动吸收峰和弯曲振动吸收峰,1734、 1688和1633cm。1为C=O伸缩振动吸收峰,1556cm一1是N-H弯曲振动和C.N的伸缩振动的组合吸收峰,1150~1270cm一1是C.O键的吸收峰。氙灯照射2000h后,-NH.COO一、C.N和C.0键的吸收峰明显减少,说明材料表层树脂发生了明显的降解反应。
聚氨酯材料的氙灯老化降解主要是氨基甲酸酯键的断裂,主要有两种断裂形式‘3]:一种是C.N键断裂生成氨基自由基和烷基自由基,并释放出C02。另一种形式是C.O键断裂生产氨基甲酰自由基和烷氧基自由基,然后氨基甲酰自由基分解成氨基自由基和C02。
从图4分析可知,C.N键和C.O键均有断裂,说明在氙灯照射过程中上述两种降解方式同时发生。
 
4结论
随着氙灯暴露时间的增加,材料的表面光泽度下降,材料表面出现裂纹。
由于出现裂纹,材料的拉伸强度、扯断伸长率逐渐下降。
FT-IR分析表明,氙灯辐射导致氨基甲酸酯键的断裂,使材料发生降解。